水行业创新者的“窘境”
创新的能力已经成为世界主要国家的软实力和经济发展潜力的重要参考指标。除了少许的几个资源型国家外，发展中国家在迈向发达国家的进程中，无一不是依靠创新驱动发展，才可跨越“中等收入陷阱”。企业在复杂多变的市场环境中，也必须依靠创新的优势，历经优胜劣汰，才可生存发展壮大。大到国家发展，小到企业生存，都与创新息息相关。
著名政治经济学家，哈佛大学教授约瑟夫·熊彼特（Joseph Schumpeter）认为，所谓创新就是要“建立一种新的生产函数”，即“生产要素的重新组合”，以实现对生产要素或生产条件的“新组合”。他认为创新能引起模仿，模仿打破垄断，刺激了大规模的投资，引起经济繁荣。因此创新不是一个技术概念，而是一个经济概念，并且创新严格区别于发明(Invention)，创新是在实践中成功应用的想法和理念，必须能够创造出新的价值，而发明（Invention）只是一个注册了ID号的设想。因此按照熊彼特对创新的内涵定义，大部分来自大学和研究所的研究成果应归类于发明而非创新。
为了更好理解创新的内涵，我们要正确辨识学者和专家的关系。来自大学研究机构的学者，他们懂得科学原理，非常善于总结，并乐于写文章和专利，是属于“知”的范畴（提供Interpretation）；而水务公司的专家是往往有大量的实践经验，但他们可能并不关注或不善于总结成科技文章和专利，但是“行” （提供Solutions）。真正的创新来自于实践，来自于学者和专家的协作，来自于大学研究单位和企业的联合，来自于“知行合一”。知是行之始，行是知之成。
联合国2030年可持续发展目标（SDG）中，期待人人都能享有清洁的饮用水和卫生设施服务。而现状是，地球上仍有22亿人缺乏安全的饮用水供应，42亿人缺乏卫生和污水设施服务。同时，水行业还面临气候变化、水资源短缺、人口增长和基础设施老化等诸多挑战。若按照水行业传统的发展思路和进程，极难破局并几乎无法实现2030年的可持续发展目标。唯有创新，才能积极主动面对各种挑战，从负重前行中找到方向和答案。
笔者认为创新必然以人为中心，形成组织，辨识需求，重组生产要素。创新离不开人、财、事三要素：
人：是一切经济活动的首要生产要素，创新也不例外。在创新的过程中，只有拥有相关技术并具有竞争力的人来参与，才能实现从憧憬设想到成功实践的跨越。
财：创新离不开资金的持续投入。创新的过程时间跨度少则2-3年，多则20-30年，期间大量人力和物力的投入都离不开资金的支持。创新型国家的研发投入占GDP往往在2%以上。国家的财政投入、企业自筹经费、风险投资基金等已成为科技创新的主要资金来源。
事：创新必须服务于可辨识的需求。识别一个需求的价值，可以通过结合市场规模、商业模式，层层剖析，实现对潜在需求和伪需求的分类识别。
哈佛大学教授克莱顿·克里斯坦森（Clayton Christensen），提出了颠覆性创新（Disruptive Innovation）的概念，他的商业经典著作《The Innovator’s Dilemma》（创新者的窘境），解释了颠覆性创新如何改变现有的市场格局；大型企业或市场领导者为什么往往会随着技术和行业的变化而走向失败。面对可以预见性的创新，如何去调整，让一个庞大的公司系统能够灵活而快速适应。
我们所在的水务行业，也持续不断涌现令人兴奋的创新技术、装备、工艺、理念。但相对其它行业，水行业的创新的周期相对较长。走完 “发现问题，提出想法、形成知识产权、制成装备或系统、构想工艺、找到解决方案“这6个过程，平均需要12-14年的时间，跨越了2-3个投资周期。为什么水务行业的创新面临如何窘境？
众所周知，水务属于公共事业，有区域天然垄断特性。水是人类生活和生产的必需品。水的供应、处理、服务等活动并非是由市场来主导。在某些国家，水价的制定虽然融入了一些市场的供求因素（如工业用水和农业用水），但总体来说，水务是一个受管制的行业领域。因此，水务公司往往并不能通过创新而获得定价权，难以通过制定预期水价的形式实现超额利润。如果没有监管者不断提出新的要求，水务公司主动拥抱创新的积极性其实并不高。除非应用创新后能带来两个30%的改变：效率提高30%以上或成本降低30%以上。
水务公司交付的产品是干净的水，与公众健康有关；一个小的错误，都很可能直接违法，并造成公共健康危害。 预算都很紧张, 如果新技术投资失败，没有多余资金去找替代方案应对; 实施一项新技术，除了投资技术本身，还要对员工进行新的培训，建立新的使用手册、新的资产管理清单、新的运行技术等，这样才能适应新的技术。而以上这些事项都是应用新技术新工艺后的连带新增成本。在某些条件下，这些连带成本甚至高于新技术和工艺本身。
3. 水行业科技创新是耐心和光阴的故事
Roger在《Diffusion of Innovation》（创新的扩散）一书中，提出技术的创新和应用过程符合“钟”型曲线的特征，如下图。分成5个主要阶段，其重要参与者分别为：创新者（Innovators）、Early Adopters (早期接受者)、Early Majority（早期广泛使用者）、Late Majority （后期广泛使用者）和Laggards (后知后觉迟缓者)。
水行业的新技术应用往往是个缓慢的过程。走完上图曲线的各阶段，往往需要20-30年的周期跨度。下图是典型水处理技术的曲线特征。
图. 典型水处理技术的“钟”型曲线特征。（Courtesy of Diane D’Arras）
厌氧氨氧化(Anammox)。1986年之前，人们都不相信有可在厌氧环境下“氧化”氨氮的细菌。1987年，Gist-Brocades (GB)的生物公司研究员Arnold Mulder，发现废水厌氧处理系统中，反硝化反应池的氨氮浓度下降了，硝酸盐也减少了，还有明显的氮气产出。1999年7月，荷兰微生物学家Gijs Kuenen，在《Nature》杂志上宣布了这一个重大发现。至此，第一篇正式解释Anammox的研究走过了第一个20年。而之后的20多年里，基因测序的普及帮助科学家对更多的anammox菌进行命名；大量的生物化学和酶学研究，在anammox的代谢路径方面取得了重大突破。因此Anammox的从初始发现，到现在的工艺应用已经走过了40多年的时间。至今仍有大量未知信息需要待解。
膜生物反应器（MBR）。1967年，Dorr-Oliver公司就提出用外置聚合物膜和活性污泥法结合，取代了传统工艺的沉淀池，但这种外置式的工艺并没有得到大规模应用。1989年，日本研究员Kazuo Yamamoto 在IWA的期刊《Water Science & Technology》上发文，首次使用浸入式MBR，相对地大大减少了成本，并在日本的小型系统中得到应用。1998年， 美国Glen Daigger教授将MBR工艺成功运用在美国特拉弗斯市(Traverse)污水厂，使MBR这个曾被认为仅能日处理几十吨规模的技术，首次应用到日处理达３万吨级的污水厂，具有重大意义。MBR工艺从概念设想到工艺成熟应用，也跨越了30年的时间。
移动床生物膜反应器（MBBR）。挪威科技大学的Hallvard Ødegaard教授在1991年申请了MBBR的专利，1993年正式在IWA的期刊《Water Research》上发表文章说明MBBR的技术原理。MBBR在挪威首先得到开发，如今已经是一项成熟和得到验证的紧凑型污水生物处理技术，其时间跨度也近20年。
4. 终端用户规模的巨大差异
水务公司的处理规模一般与服务人口相对应。水行业技术的应用场景，跨度极大：从1-2吨级别的农村污水或分散式系统，到几百万吨级的大型城市集中式系统。处理规模的跨度超过几个数量级，而技术原理和处理工艺，往往并无太大差别。这就造成技术的装备化和标准化相对较难实现，常常需要针对不同的应用规模，进行再次定向设计和优化。在这一背景下，对新技术的使用和普及，似乎有了天然的障碍。
5. 错误的时间踩点
美国BlueTech 公司的创始人Paul O’Callaghan博士对水行业众多的技术案例进行分析后，认为很多技术的快速应用都得益于特殊的危机事件或立法（ Crisis Driven）。如上世纪90年代，英国和美国隐孢子虫危机爆发，这种微生物会引起人及牲畜的快速发病。这时超滤技术（UF）的优越性就超过了成本劣势，开始进入英国和北美市场。1998年，英国颁布了《临时地表水处理法案》，超滤技术开始作为一项制定技术被使用。上世纪80年代，北美最大的海湾-皮萨切克湾因为其渔业利益，要求流域内所有的市政污水出水都需经过杀菌处理，并减低传统消毒剂的使用量，因此紫外消毒设备（UV）得到了快速推广。UF和UV的大规模应用都是在前期充分验证的情况下，赶上了立法的机遇，助力这两项技术在行业的快速普及。
而还有些很多技术并未踩到合适的时间点，商业上无法持续，最终不得不退出市场。例如，2008年前后北美很多初创型的公司关注在气化（gasification）、热解(pyrolysis) 等污泥处理新技术上，其理由是认为美国即将立法禁止污泥土地使用。但是他们并未等到立法的那一天。同污泥土地使用相比，气化和热解技术成本高昂，因此曾备受投资者青睐的一众污泥新技术公司消亡。
中国已承诺2030 碳达峰和2060碳中和。水行业也一定会分配碳减排的配额，在这一新的大趋势下，低碳绿色创新技术将会在水系统中大行其道。水行业的创新者应审时度势，为即将到来的低碳技术做好准备。能者谋局，智者谋势。
6. 现有机制对创新的掣肘
相对保守的水行业，在面对众多挑战时，又不得不鼓励创新，以期探出一条可行的道路，迈向未来。随着“Wastewater”变为“Used water”, “Wastewater Treatment Plants”转变为“Water & Resources Plants”, “Flush Toilet”变为“Non-sewer Sanitation”等新理念的出现，以及水务系统数字化（Water Digitalization）的趋势，水行业也同时面临着前所未有的机遇。在这些新理念下，创新则显得尤为重要。
如何有效的鼓励和实践创新？是将创新团队融入现有的机制中，接受现有流程？亦或是在机制上也与时俱进？而面对新技术和新市场，导致失败的可能正是完美无瑕的管理。期待在原有的平台上，开发颠覆性的创新技术，几乎很难做到。如何解决这一窘境？水务行业的市场领导者可以通过收购或建立附属公司的形式来实现。独立的相对较小的创新平台内的员工更有激情，更容易培养对待失败的态度。而新的创新平台也应该秉承母公司的愿景和价值观，以更加灵活多变的方式，有效利用母公司的资源开展创新活动。同时新的创新平台也要勇敢的为新技术寻找合适的市场，而不要始终盯着现有的市场推进技术。
参考文献：
Clayton Christensen 著《The Innovator’s Dilemma》，1997 Everett Roger著《Diffusion of Innovation》，2003 Paul O’Callaghan等Analysis of adoption rates for Needs Driven versus Value Driven innovation water technologies, Water Environ. Research 91: 144-156, 2019
作者：李涛，IWA全球水务科技信息总监